1974年2月，美國航天局（NASA）的水手10號飛船在飛離金星時捕捉到了這看似寧靜的金星景象。但與其平靜的外表相反，金星是一個酷熱難耐、大氣壓力巨大且云層由腐蝕性酸液構(gòu)成的世界。

（圖源：NASA官網(wǎng)-Venus Facts）

當我們仰望星空時，有一顆行星總是以明亮的姿態(tài)吸引著人類的目光——它就是金星。在太陽系的行星家族中，它是地球公認的“姊妹星”，卻又以極端的環(huán)境成為令人望而生畏的“地獄星球”。從蘇聯(lián)的金星7號首次登陸，到如今多國規(guī)劃的探測藍圖，人類為何對這顆熾熱行星執(zhí)著探索？它的身上藏著哪些關(guān)乎地球未來的秘密？

金星的“地獄圖景”，竟成為類地行星的“演化對照物” 

金星與地球的相似性，是人類探索它的核心動力。作為太陽系內(nèi)最接近地球的類地行星，它的體積約為地球的0.88倍，質(zhì)量約為地球的0.82倍，早期與地球可能擁有相似的物質(zhì)構(gòu)成和能量接收條件。

然而，金星的演化軌跡與地球截然不同，其環(huán)境嚴酷到顛覆認知：它的表面溫度最高可達475℃，足以熔化鉛和鋅；大氣壓強大約是地球的92倍；上空覆蓋著厚達20-30公里的硫酸云，這些云團以360公里/小時的速度環(huán)流，形成復(fù)雜的極地渦旋。更令人意外的是，關(guān)于金星是否存在過海洋的爭議至今未決。傳統(tǒng)觀點認為金星早期可能有液態(tài)水，但瑞士科學家的最新氣候模型顯示，由于云層優(yōu)先在夜間形成且無法有效遮擋陽光，金星表面溫度從未低至讓水蒸氣凝結(jié)成水滴并降雨形成海洋的程度——這種強烈反差使其成為研究行星宜居性演化的天然“對照實驗室”。

通過探測金星，科學家能解答兩個關(guān)鍵問題：類地行星的宜居性如何形成？又會因何種因素走向終結(jié)？這不僅能為地外生命搜尋提供依據(jù)，更能為地球的氣候保護敲響警鐘。

該圖講述的是“宜居帶”，是指距離恒星遠近適中、溫度適宜水保持液態(tài)的范圍。在“宜居帶”內(nèi)的發(fā)現(xiàn)，比如地球大小的行星開普勒-186f，正是科學家們希望找到水，進而找到生命的地方。而起初科學家們認為金星可能是太陽系中首顆宜居行星。（圖源：NASA官網(wǎng)-VERITAS Science。）

金星探測的“黃金時代”：多國任務(wù)開啟新征程

金星曾被戲稱為“被遺忘的行星”，但如今已迎來探測熱潮。歷經(jīng)多國的努力，一系列金星探測任務(wù)為研究這顆熾熱行星提供了豐富的科學數(shù)據(jù)。

蘇聯(lián)的金星計劃（Venera，1961~1983）率先突破技術(shù)難關(guān)，使金星7號于1970年成為首個成功著陸金星的探測器。

NASA的先驅(qū)者金星1號（Pioneer Venus 1，1978年）首次利用雷達繪制金星地形圖，并揭示其大氣成分及溫室效應(yīng)。隨后，麥哲倫號金星探測器（Magellan spacecraft,1989年）詳細繪制了金星98%的表面地圖，揭示了其火山活動和地質(zhì)復(fù)雜性。

歐洲航天局（ESA）的金星快車（Venus Express，2005年）一直運行至2014年，進一步研究了金星大氣快速旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象和溫室效應(yīng)。

日本航天局（JAXA）的拂曉號（Akatsuki，2010年）克服早期引擎故障，成功進入金星軌道,專注大氣與天氣研究。

底圖圖源：衛(wèi)星百科

探測金星的“硬核實力”：與極端環(huán)境的博弈

登陸或探測金星，對航天器是極致考驗，核心技術(shù)突破集中在三個方面：

一是耐高溫高壓材料，蘇聯(lián)金星7號的著陸艙采用多層隔熱殼體，能承受580℃的再入高溫和180兆帕斯卡的大氣壓，才實現(xiàn)了23分鐘的表面數(shù)據(jù)傳輸；

二是通信與導航技術(shù)，ESA的木星冰衛(wèi)星探測器（Jupiter Icy Moons Explorer，縮寫JUICE）在接近金星時曾因信號中斷陷入危機，最終通過“盲指令”和備用天線恢復(fù)通信，而金星與地球的11分鐘信號延遲，要求航天器具備高度自主控制能力；

三是軌道控制技術(shù)，ESA的展望號探測器（En Vision）需通過“大氣制動”技術(shù)，在金星大氣中進行數(shù)千次軌道調(diào)整，對此需要航天器耐受氧原子的侵蝕和雙倍于地球的太陽輻射。

圖為ESA的展望號（En Vision） 圖源：ESA官網(wǎng)-Readying spacecraft to surf Venus' atmosphere

探索焦點為何是大氣？地球氣候的“極端預(yù)警系統(tǒng)”

對金星的探索長期聚焦于大氣層面，核心原因有兩點：一是表面環(huán)境過于惡劣，探測器難以長期穩(wěn)定運行，而大氣是相對“溫和”的探測載體；二是金星大氣的極端溫室效應(yīng)，與地球氣候系統(tǒng)存在直接關(guān)聯(lián)。

金星大氣中二氧化碳占比高達96.5%，濃厚云層反射大量陽光并鎖住熱量，形成失控的溫室效應(yīng)——這正是地球氣候研究的“極端案例”。研究金星大氣的環(huán)流規(guī)律、溫室氣體循環(huán)機制，能幫助科學家完善地球氣候模型，預(yù)判溫室氣體濃度上升可能帶來的風險。例如，金星大氣中羥基（—OH）和一氧化氮（NO）的發(fā)現(xiàn)，為理解行星大氣化學反應(yīng)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，這些反應(yīng)過程與地球平流層臭氧保護機制密切相關(guān)。

探測成果：金星大氣與地質(zhì)的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

登陸或探測經(jīng)過半個多世紀的探測，人類已揭開金星的部分面紗：

大氣層面，蘇聯(lián)的金星4號探測器下降艙首次通過測量金星大氣層的溫度、壓力、密度并開展實驗分析，發(fā)現(xiàn)金星大氣層約95%是二氧化碳；ESA的金星快車不僅在紅外波段探測到一氧化氮及羥基在1.40~1.49μm波段的明確信號，還觀測到大氣中二氧化硫濃度的周期性波動，這種波動被認為與地表火山活動存在直接關(guān)聯(lián)。

地質(zhì)層面，NASA的麥哲倫號探測器發(fā)現(xiàn)金星上有巨大的熔巖流、數(shù)以千計的裂縫和火山口，還有高聳的山嶺、巨大的峽谷、隕石坑、沙丘和活火山等，探測表明，金星上時有大的風暴，有過火山活動，表面溫度高達540℃。

盡管探測成果豐碩，但金星仍是太陽系中最神秘的行星之一。目前最核心的未解問題包括：金星內(nèi)核的狀態(tài)如何？是否存在板塊構(gòu)造？麥哲倫號發(fā)現(xiàn)的“鑲嵌地塊”是否類似地球大陸，暗示早期宜居環(huán)境？此外，金星大氣中偶爾出現(xiàn)的磷化氫信號，是生物活動痕跡還是地質(zhì)過程產(chǎn)物？這些問題都需要未來任務(wù)給出答案。

圖為ESA展望號（En Vision）未來的任務(wù)將觀測到的內(nèi)容 圖源：ESA官網(wǎng)-Top five Venus mysteries En vision will solve

從“啟明星”的古老傳說，到探測器傳回的熾熱數(shù)據(jù)，金星的故事始終與地球緊密相連。它既是警示極端氣候的“鏡子”，也是探索行星演化的“鑰匙”。隨著達芬奇號、真理號等任務(wù)的推進，這顆“地獄姊妹星”終將向人類展露更多真相——而這些真相，或許正是保護地球未來的關(guān)鍵。

參考文獻：

Venus Facts.https://science.nasa.gov/venus/venus-facts/.

VERITAS Science.https://science.nasa.gov/mission/veritas/.

Results from Venus Express.https://sci.esa.int/web/venus-express/.

Juice team resolves anomaly on approach to Venus.https://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/Juice_team_resolves_anomaly_on_approach_to_Venus.

Readying spacecraft to surf Venus' atmosphere.https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Readying_spacecraft_to_surf_Venus_atmosphere.

Top five Venus mysteries Envision will solve.https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Envision/Top_five_Venus_mysteries_Envision_will_solve.

氣候模型顯示金星上從未有過海洋.http://www.kepu.gov.cn/education/2021-10/14/content_1753977.html.

為什么金星很難探測？最早的金星探測器有什么發(fā)現(xiàn)?麥哲倫號探測器是如何探測金星的?.https://www.cnsa.gov.cn/n6758968/n6758973/c6772133/content.html.

“拂曉號”落幕，給金星探測帶來哪些啟示？.http://szb.htgjjl.com/htb/2024-06/08/content_56186.html.

金星7號.https://zh.wikipedia.org/wiki/金星7號.

本文摘編自《科學世界》雜志2025年第1期，文章內(nèi)容略有刪改。

實習編輯 | 范周桐